IV-FIN-112-TI-Antialon-Ojeda-2020

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Para optar el Grado Académico de 
Bachiller en Ingeniería Mecatrónica
Huancayo, 2020
FACULTAD DE INGENIERÍA
Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecatrónica
Trabajo de Investigación
 
Manfrin Pool Antialon Barrera 
Alan Saul Ojeda Poma 
Diseño de una máquina ligera para acabados
texturizados en superficies planas de cemento
Trabajo de investigación
Esta obra está bajo una Licencia "Creative Commons Atribución 4.0 Internacional" . 
i 
 
AGRADECIMIENTOS 
Agradecemos a nuestros padres por bríndanos la oportunidad de tener una vida 
profesional enfocada a la ingeniería 
Agradecemos a todos nuestros docentes de la universidad Continental por sus 
enseñanzas, que ayudaron a mejorar nuestras capacidades y conocimientos. 
Agradecemos a todas las personas que directa e indirectamente hicieron que este trabajo 
de investigación sea posible 
Los Autores 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ii 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DEDICATORIA 
Dedicamos el presente trabajo a 
todas las personas que con su apoyo 
académico, económico y moral 
hicieron posible el desarrollo de este 
trabajo de investigación. 
Los Autores 
iii 
 
ÍNDICE DE CONTENIDOS 
 
AGRADECIMIENTOS i 
DEDICATORIA ii 
ÍNDICE DE CONTENIDOS iii 
ÍNDICE DE FIGURAS v 
ÍNDICE DE TABLAS x 
RESUMEN xii 
SUMMARY xiii 
INTRODUCCIÓN xiv 
1 CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 1 
1.1 Planteamiento y formulación del problema 1 
1.1.1 Problema General 4 
1.1.2 Problemas específicos 4 
1.2 Objetivos 4 
1.2.1 Objetivo General 4 
1.2.2 Objetivos Específicos 4 
1.3 Justificación 5 
1.3.1 Justificación teórica 5 
1.3.2 Justificación práctica 5 
1.3.3 Justificación Metodológica 6 
2 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 7 
2.1 Antecedentes de la investigación 7 
2.1.1 Antecedentes internacionales 7 
2.1.2 Antecedentes nacionales 9 
2.2 Bases teóricas 11 
2.2.1 Parte Eléctrica 13 
2.2.2 Parte electrónica 14 
2.2.3 Parte Mecánica 19 
2.3 Definición de términos básicos 34 
3 CAPÍTULO III METODOLOGÍA 35 
3.1 Tipo de investigación 35 
3.2 Alcance de investigación 35 
3.3 Metodología aplicada al desarrollo de la solución 36 
4 CAPÍTULO IV ANÁLISIS Y DISEÑO DE SOLUCIÓN 42 
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iv 
 
4.1 Estado de Arte 42 
4.2 Identificación de la estructura optima 45 
4.2.1 Lista de deseos y exigencias 45 
4.2.2 Caja Negra 47 
4.2.2.1 Entradas 47 
4.2.2.2 Salidas 48 
4.2.3 Estructura de Funciones 48 
4.2.3.1 Funciones Parciales 48 
4.2.4 Matriz Morfológica 50 
4.2.4.1 Bocetos de conceptos de solución. 52 
4.2.5 Análisis Técnico- Económico 57 
4.2.6 Definición de la solución Optima 59 
4.3 Diseño 61 
4.3.1 Diseño Mecánico 61 
4.3.2 Diseño del sistema de rectificación y de acople al sistema de control 82 
4.3.3 Diseño del Control. 91 
5 CAPÍTULO V CONSTRUCCIÓN 104 
5.1 Simulaciones 104 
5.1.1 Simulación Mecánica 1 104 
5.1.2 Simulación Mecánica 2 107 
5.1.3 Simulación del Sistema de Rectificación y de Control 109 
5.2 Pruebas y Resultados 113 
5.2.1 Pruebas y Resultados de la Simulación Mecánica 1 113 
5.2.2 Pruebas y Resultados de la Simulación Mecánica 2 115 
5.2.3 Pruebas y Resultados de la del Sistema de Rectificación y de Control 118 
CONCLUSIONES 123 
TRABAJOS FUTUROS 125 
REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS 126 
ANEXOS 129 
 
 
 
 
 
 
v 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
1 CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 1 
Figura 1.1 Acabado texturizado abstracto realizado con llana (izquierdo) y con rodillo de 
pintar (derecho). 1 
Figura 1.2 Proceso de texturizado realizado con llana 3 
2 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 7 
Figura 2.1 Módulo de variación de velocidad PWM en la tarjeta de entrenamiento para 
microcontrolador PIC, tomada de “Diseño de un sistema de control de velocidad para el 
motor DC de la pulidora metalográfica modelo 3E881”, por Canelles Michel, 2017, p56 8 
Figura 2.2 Máquina extractora de tuercas simulada en el software de Autodesk Inventor. 
Tomada de “Diseño de una máquina extractora para desmontaje de tuercas en válvulas de 
bombas Geho en minera Chinalco Perú S.A.”, por Hualpa Henry, 2016 10 
Figura 2.3 Tipos de acabado texturizado por escarchado, rodillo y moldes 
respectivamente. 11 
Figura 2.4 Máquina tarrajedora, de patente china. Tomada del catálogo de la página del 
proveedor. Por Ángel Wong, proveedor de maquinaria Ez Renda en Latinoamérica,2019 12 
Figura 2.5 Molde en forma de piedra para acabado texturizado, hecho a base de Silicona
 13 
Figura 2.6 Motor universal moderno, componentes y estructura. Tomada del material 
educativo de la compañía Weg sobre motores universales. Por la compañía Weg.2018 14 
Figura 2.7 Diagrama esquemático, rectificador 220/230v AC a 12v DC, 5v DC . Tomado de 
un artículo de circuitería sobre electrónica de potencia. Por Aman Bharti.2017 14 
Figura 2.8 Regulador de voltaje ajustable PWM motor de CA de control de velocidad 50V-
220V 2000W, Tomado del catálogo del proveedor electrónico Tenflyer. Por Tenflyer.2020
 14 
Figura 2.9 Variador de frecuencia de la marca Danfoss, Tomada de My electrical 
Engineering. Por Steven McFadyen.2012 15 
Figura 2.10 PIC18f2550. Tomado del catálogo de productos MicroChip. Por Microchip 
2020 16 
Figura 2.11 Pantalla LCD 2x16 en funcionamiento. Tomado de Fabacademy. Por 
Fabacademy. 2019 16 
Figura 2.12. Interfaz del programa Mikroc PRO for PIC 17 
Figura 2.13. condicional IF en Mikroc PRO for PIC 17 
Figura 2.14. Estructura del ADC del PIC18F2550. Donde AN0-AN12, son entradas 
analógicas, la señal de salida digital convertida es de 10 bits. 18 
Figura 2.15 Imagen referencial de diseño de ejes con esfuerzos. Tomada de un artículo 
informativo de Roymech. Por Roymech. 2020 20 
Figura 2.16: Sensibilidad a la muesca en el caso de los aceros y aleaciones de aluminio 
forjado UNS A92024-T sometidos a flexión inversa de las cargas axiales inversas, tomada 
del libro Diseño en ingeniería mecánica de Shigley, pág. 282, por Richard G. Budynas y J. 
Keith Nisbett novena edición, 2011. 21 
vi 
 
Figura 2.17: Sensibilidad a la muesca de materiales sometidos a torsión inversa, tomada 
del libro Diseño en ingeniería mecánica de Shigley, pág. 282, por Richard G. Budynas y J. 
Keith Nisbett novena edición, 2011 22 
Figura 2.18: Conjunto de ecuaciones del factor de tamaño Kb, tomada del libro Diseño en 
ingeniería mecánica de Shigley, pág. 275, por Richard G. Budynas y J. Keith Nisbett novena 
edición, 2011. 23 
Figura 2.19: Conjunto de ecuaciones de límite de la resistencia a la fatiga, tomada del libro 
Diseño en ingeniería mecánica de Shigley, pág. 275, por Richard G. Budynas y J. Keith 
Nisbett novena edición, 2011. 24 
Figura 2.20 Esquema mecanismo biela – manivela. Tomada de “Construcción de una 
maqueta de un motor mono cilíndrico para demostración de la cinemática del motor en el 
mecanismo biela - manivela”. Por Juliana Reyes .2015 24 
Figura 2.21 Diagrama cuerpo libre del mecanismo biela – manivela. 25 
Figura 2.22 Marcas de identificación en las cabezas de los tornillos. Tomada de las tablas 
de estándares de Jacks Industry. Por KL. Jack. 2009 26 
Figura 2.23 Clasificación de aceros según SAE. Tomada de El acero Aleado. Por Herreros 
Argentinos. 2019 28 
Figura 2.24 Clasificación de los aceros según ASTM. Tomado del catálogo de aceros. Por 
Aceros Arequipa. 2015 29 
Figura 2.25: Propiedades torsionales de las soldaduras de filete, tomada del libro Diseño 
en ingeniería mecánica de Shigley, pág. 462, por Richard G. Budynas y J. Keith Nisbett 
novena edición, 2011. 32 
3 CAPÍTULO III METODOLOGÍA 35 
Figura 3.1 Proceso Generalizado de Desarrollo y Diseño VDI. Tomado de Manual de 
Metodología VDI. Por Barriga Gamarra. 2018 37 
Figura 3.2. Estructura de la metodología VDI 2221. Por Gallo Torre. 2019 37Figura 3.3. Estructura de la Caja negra 39 
Figura 3.4. Estructura de funciones posterior a la Caja Negra 39 
Figura 3.5. Gráfico de evaluación 41 
4 CAPÍTULO IV ANÁLISIS Y DISEÑO DE SOLUCIÓN 42 
Figura 4.1 Máquina tarrajedora, de patente china. Tomada del catálogo de la página del 
proveedor. Por Ángel Wong, proveedor de maquinaria Ez Renda en Latinoamérica,2019 42 
Figura 4.2 Máquina revocadora Hongang Hg211. Tomada del catálogo de la página del 
proveedor Hongang 43 
Figura 4.3 Izquierda: Pistola Tipo Tolva Truper para texturizados escarchados. Derecha: 
Aplicación de escarchado con la pistola Truper PITI 687 44 
Figura 4.4 Estructura de la Caja Negra del Diseño de una máquina ligera para acabados 
texturizados en superficies planas de cemento 47 
Figura 4.5 Estructura de Funciones del Diseño de una máquina ligera para acabados 
texturizados en superficies planas de cemento 50 
vii 
 
Figura 4.6 Boceto pictórico de la Alternativa de solución 1 52 
Figura 4.7 Circuito pictórico del sistema de Control y rectificación de la alternativa de 
solución 1 53 
Figura 4.8 Boceto pictórico de la Alternativa de solución 2 54 
Figura 4.9 Boceto pictórico del sistema de control de la alternativa de solución 2 55 
Figura 4.10 Boceto pictórico de la Alternativa de solución 3 56 
Figura 4.11 Boceto pictórico del sistema de control de la alternativa de solución 3 57 
Figura 4.12 Tabulación Final del Análisis Técnico Económico. 59 
Figura 4.13 Solución óptima basado en la alternativa de solución 1, ensamblada en el 
software de Autodesk inventor 60 
Figura 4.14 Solución óptima del sistema de control basado en la alternativa de solución 1, 
simulada en el Software de Proteus 61 
Figura 4.15 Mecanismo Biela manivela de la maquina 61 
Figura 4.16 Diagrama Cuerpo Libre del Mecanismo Biela manivela de la maquina 62 
Figura 4.17 Eslabones, uniones y punto fijo del mecanismo 62 
Figura 4.18 Representación Pictórica de la fuerza de impacto 63 
Figura 4.19 Motor quemador de 150w 63 
Figura 4.20 DLC del flujo de velocidades en el mecanismo biela manivela 64 
Figura 4.21 DLC del flujo de la velocidad Lineal del Pistón 65 
Figura 4.22 DLC del flujo de la Fuerza del Mecanismo 65 
Figura 4.23 Eje sujeto en el motor junto a la polea donde se ejerce la fuerza de reacción de 
estampado 66 
Figura 4.24 DLC de fuerzas en el eje de la Maquina 67 
Figura 4.25 DLC de fuerzas en la polea principal de la maquina 67 
Figura 4.26 Fuerzas en el plano XY del eje 67 
Figura 4.27 Fuerzas en el plano XZ del eje 68 
Figura 4.28 DLC en el plano XZ para hallar el momento cortante 68 
Figura 4.29 Momento Máximo en el plano XZ 69 
Figura 4.30 Grafico de localización de la sensibilidad de la muesca q de la maquina 
sometidos a flexión inversa de las cargas axiales inversas, tomada del libro Diseño en 
ingeniería mecánica de Shigley, pág. 282, por Richard G. Budynas y J. Keith Nisbett novena 
edición, 2011. 70 
Figura 4.31 Grafico de localización de la sensibilidad de la muesca qcortante de la 
maquina sometidos a torsión inversa, tomada del libro Diseño en ingeniería mecánica de 
Shigley, pág. 282, por Richard G. Budynas y J. Keith Nisbett novena edición, 2011. 70 
Figura 4.32 Localización de los Pernos en el chasis de la Maquina 74 
Figura 4.33 DLC de la distribución de fuerzas de los pernos 74 
viii 
 
Figura 4.34 Motor universal a usar dibujado en el software de Autodesk Inventor con los 
agujeros para Perno SAE 5/16. 75 
Figura 4.35 DLC de las fuerzas con el triángulo para aplicar la relación de tangentes 76 
Figura 4.36 Ubicación del segundo agarre dibujado en el software de Autodesk Inventor.
 77 
Figura 4.37 DLC de la Distribución de Fuerzas para soldadura 78 
Figura 4.38 Bocina del mecanismo biela manivela, en el software de Autodesk Inventor. 80 
Figura 4.39 Pistón del mecanismo biela manivela, en el software de Autodesk Inventor. 81 
Figura 4.40 Diagrama rectificador de Voltaje 220AC a 5VDC 82 
Figura 4.41 Transformador de voltaje de 220VAC a 26VAC en Proteus 83 
Figura 4.42 Onda senoidal de la señal a la entrada y salida del transformador 84 
Figura 4.43 Puente de diodos con valor de salida de 24.7VAC, simulado en Proteus. 84 
Figura 4.44 Doble onda rectificada a la salida del puente de diodos con un valor máximo 
de 35V. 85 
Figura 4.45 Condensador polarizado de 2200uF y cerámico de 100nF para la etapa de 
filtrado en Proteus. 85 
Figura 4.46 Señal filtrada de 35VAC para la entrada de nuestro regulador de voltaje 
LM7805 86 
Figura 4.47 Regulador de voltaje LM7805 con una entrada de 35VDC manteniendo una 
salida constante de 5VDC en Proteus. 86 
Figura 4.48 Señal continua de 5VAC a la salida del LM7805 87 
Figura 4.49 Regulador de velocidad 50v – 220v AC, HiLetgo 87 
Figura 4.50 Variador de velocidad TOPINCN de 500KΩ en el potenciómetro 89 
Figura 4.51 Potenciómetro doble en físico (izquierda) y su simbología (derecha) 90 
Figura 4.52 Circuito de la variación de voltaje para entrada analógica del PIC 18F2550 en 
Proteus. 90 
Figura 4.53 PIC18f2550. Tomado del catálogo de productos MicroChip. Por Microchip 
2020 91 
Figura 4.54 Diagrama de Flujo del sistema de control e interfaz de usuario de la maquina
 93 
Figura 4.55 Entrada Analógica en RAP y Entrada del Pulsador en RC0 en Proteus 8.10 94 
Figura 4.56 Salidas del controlador Hacia el LCD y a los Leds de control en Proteus 8.10 95 
Figura 4.57 Bloque de inicialización de Variables en MikroC 96 
Figura 4.58 LCD 2x16 en Funcionamiento con las Variables de Potencia y Porcentaje de 
Velocidad en Proteus 8.10 98 
Figura 4.59 Pantalla LCD 2x16 a usar en Proteus 8.10 101 
Figura 4.60 Bloque de Programación C del LCD en MikroC 102 
Figura 4.61 Representación del sistema de luces en Proteus 8.10 103 
ix 
 
Figura 4.62 Bloque de Programación del sistema de Luces led en MikroC 103 
5 CAPÍTULO V CONSTRUCCIÓN 104 
Figura 5.1 Fuerza de 175.26 N aplicada en el plato para la simulación 104 
Figura 5.2 Ubicación de la Aplicación de la Fuerza de 175.26 N 105 
Figura 5.3 Restricción Fija de en la ubicación de los Pernos 106 
Figura 5.4 Fijación en la base del eje. 106 
Figura 5.5 Fuerza de 175.26 N aplicada en el plato para la simulación mecánica 2 107 
Figura 5.6 Restricción Fija de en la ubicación de los Pernos 108 
Figura 5.7 Fijación de dirección radial en el eje 108 
Figura 5.8 Circuito unificado, incluyendo el sistema de Control y el sistema de 
Rectificación. 109 
Figura 5.9 Primer Segmento del Circuito, uso de voltímetro para medir las señales 110 
Figura 5.10 Segundo Segmento del Circuito, uso de voltímetro y osciloscopio digital para 
medir las señales de entrada hacia el LM7805 110 
Figura 5.11 Segmento Final del Circuito de Rectificación, salidas para alimentación del PIC, 
y a los periféricos del controlador PIC, uso de voltímetro para la simulación. 111 
Figura 5.12 Conexionado de las señales procedentes de la Tabla 5.2 en el circuito de 
control 112 
Figura 5.13 Cargado del programa en formato. hex y configuración de la oscilación interna 
de trabajo del PIC a 4Mhz 112 
Figura 5.14 Resultado del análisis de Fatiga de Von Mises en la simulación mecánica 1. 113 
Figura 5.15 Resultado del esfuerzo principal ejercido en el eje en la simulación mecánica 1.
 114 
Figura 5.16 Resultado del desplazamiento ejercido por la Fuerza en la simulación 
mecánica 1. 114 
Figura 5.17 Resultado del análisis de Fatiga de Von Mises en la simulación mecánica 2. 116 
Figura 5.18 Resultado del esfuerzo principal ejercido en el eje en la simulación mecánica 2.
 116 
Figura 5.19 Resultado del desplazamiento ejercido por la Fuerza en la simulación 
mecánica 2. 117 
Figura 5.20 Resultado de los voltímetros del primer y segundo segmento, previo a la 
entrada del LM7805 118 
Figura 5.21 Resultado de la onda azul de la señal de salida del transformador, y en 
amarillo la señal rectificada de 35v DC 119 
Figura 5.22 Sistema de control sin realizar ninguna función hasta pulsar S1 120 
Figura5.23 Sistema de control accionado al pulsar S1, con una entrada analógica de 2.90v
 121 
Figura 5.24 Sistema de control a máxima potencia y porcentaje de velocidad. 122 
 
x 
 
ÍNDICE DE TABLAS 
1 CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 1 
Tabla 1.1: Tablas de actividades con mayor exposición a riesgos ergonómicos 2 
2 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 7 
Tabla 2.1 Valores del TAD en función a la frecuencia de oscilación del PIC. 19 
Tabla 2.2: Estimaciones de primera iteración de los factores de concentración del esfuerzo 
Kt. 21 
Tabla 2.3: Parámetros en el factor de la condición superficial de Marin 23 
Tabla 2.4: Dimensiones de roscas unificadas (UNS), serie de roscas bastas (UNC) y finas 
(UNF) 27 
Tabla 2.5: Relación entre la nomenclatura AISI-SAE con las propiedades mecánicas del 
acero 28 
Tabla 2.6: Composición del bronce 30 
Tabla 2.7: Propiedades mecánicas del bronce B505 30 
Tabla 2.8: Propiedades mecánicas del acero Inoxidable AISI 439 31 
3 CAPÍTULO III METODOLOGÍA 35 
Tabla 3.1: Modelado de la lista de exigencias 38 
Tabla 3.2: Matriz morfológica 40 
Tabla 3.3: Matriz de análisis técnico 40 
Tabla 3.4: Matriz de análisis económico 41 
4 CAPÍTULO IV ANÁLISIS Y DISEÑO DE SOLUCIÓN 42 
Tabla 4.1: Tabla de dimensiones y especificaciones básicas de la Ez Renda XP-1200 43 
Tabla 4.2: Tabla de dimensiones y especificaciones básicas de la Revocadora Hongang 
Hg211 43 
Tabla 4.3: Tabla de dimensiones y especificaciones básicas de la Pistola Truper PITI 687 44 
Tabla 4.4: Tabla de Lista de Exigencias y Deseos 45 
Tabla 4.5: Matriz Morfológica de la máquina ligera para acabados texturizados 51 
Tabla 4.6: Evaluación Técnica 58 
Tabla 4.7: Evaluación Económica 58 
Tabla 4.8: Puntos Críticos de la Evaluación. 59 
Tabla 4.9: Parámetros de funcionamiento de la Bocina 80 
Tabla 4.10: Parámetros de funcionamiento del Pistón 81 
Tabla 4.11: Parámetros de trabajo, voltaje de entrada a 35VAC 86 
Tabla 4.12: Condiciones de Trabajo y Salida de voltaje de 5VDC 86 
Tabla 4.13: Especificaciones del regulador de velocidad 50v – 220v AC 88 
Tabla 4.14: Características Básicas del PIC18F2550 92 
xi 
 
Tabla 4.15: Variables de Entrada del Controlador 94 
Tabla 4.16: Variables de Salida del Controlador 95 
Tabla 4.17: Parámetros a asignar hacia el ADC del PIC18F2550 97 
Tabla 4.18: Parámetros de configuración a asignar hacia el Timer0 del PIC18F2550 100 
5 CAPÍTULO V CONSTRUCCIÓN 104 
Tabla 5.1: Parámetros aplicados para la simulación 105 
Tabla 5.2: Parámetros aplicados para la simulación 107 
Tabla 5.3: Detalle de cada salida de la fase final del circuito de rectificación. 111 
Tabla 5.4: Resumen de los Resultados de la simulación a Fatiga del Eje comparados con los 
obtenidos en el diseño del Eje, de la simulación mecánica 1. 115 
Tabla 5.5: Resumen de los Resultados de la simulación a Fatiga del Eje comparados con los 
obtenidos en el diseño del Eje, de la simulación mecánica 2. 117 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
xii 
 
RESUMEN 
El acabado texturizado adorna y embellece las paredes, además de proteger y brindar 
una mayor resistencia a los factores ambientales donde es aplicada. En la actualidad el 
texturizado se realiza de manera tradicional donde generalmente se utiliza herramientas 
de apoyo como lo son las llanas, rodillos para pintar, pinceles, entre otros. Al ser de 
forma artesanal la estética y calidad del acabado texturizado depende de la destreza del 
trabajador, aparte de provocar alto riesgo ergonómico en zona del brazo y mano 
producto del movimiento repetitivo de trabajo, es por ello que se diseñó una máquina 
ligera para acabados texturizados en superficies planas de cemento para las 
edificaciones del Perú enfocado en la mejora de un proceso del sector de construcción 
y aplicando la metodología de diseño VDI 2221. Para lograr el movimiento de 
texturizado se propuso el mecanismo biela-manivela unido a un molde de silicona, 
también se implementó un variador de velocidad para regular el estampado de la 
máquina que unido con una pantalla LCD muestra los datos en función a la velocidad 
de estampado. La fuerza de impacto ejercida por la maquina es de 58.42 N, dicha carga 
se multiplico por 3 para el diseño y la simulación de fatiga donde se corroboro los 
cálculos del diseño. Finalmente se demostró que los resultados de la simulación del 
sistema de rectificación y de control funcionan correcta y eficientemente, asimismo los 
materiales utilizados van acorde a los cálculos y simulaciones realizados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
xiii 
 
SUMMARY 
The textured finish adorns and beautifies the walls, in addition to protecting and 
providing greater resistance to environmental factors where it is applied. Currently, 
texturing is done in a traditional way where support tools such as trowels, paint rollers, 
brushes, among others, are generally used. As it is handmade, the aesthetics and quality 
of the textured finish depend on the skill of the worker, apart from causing high 
ergonomic risk in the arm and hand area as a result of the repetitive movement of work, 
that is why a light machine was designed for textured finishes on flat cement surfaces 
for buildings in Peru focused on improving a process in the construction sector and 
applying the VDI 2221 design methodology. To achieve the texturing movement, the 
connecting rod-crank mechanism was proposed together with a silicone mold, a speed 
variator was also implemented to regulate the stamping of the machine that together 
with an LCD screen shows the data based on the stamping speed. The impact force 
exerted by the machine is 58.42 N, this load was multiplied by 3 for the design and the 
fatigue simulation where the design calculations were corroborated. Finally, it was 
shown that the simulation results of the rectification and control system work correctly 
and efficiently, also the materials used are in accordance with the calculations and 
simulations carried out. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
xiv 
 
INTRODUCCIÓN 
El presente proyecto de investigación titulado “DISEÑO DE UNA MÁQUINA 
LIGERA PARA ACABADOS TEXTURIZADOS EN SUPERFICIES PLANAS DE 
CEMENTO” surgió de una mejora de un proceso en el sector de construcción, 
específicamente en el acabado texturizado de superficies planas que se aplica después 
del enlucido de las paredes o coloquialmente llamado como tarrajeo. El objetivo 
principal es diseñar una máquina ligera para acabados texturizados en superficies planas 
de cemento para las edificaciones del Perú, para realizar el movimiento de texturizado 
se hace uso del mecanismo biela-manivela pistón que por medio de un plato rotatorio 
se desliza el pistón y con la ayuda de los moldes de diseño se estampan los texturizados 
en las paredes. En el sistema de control se ve por conveniente utilizar el 
microcontrolador 18f2550 que está implícito en la visualización de los datos mostrados 
en la pantalla LCD y haciendo uso de un potenciómetro doble que está unido al variador 
de velocidad se modula la velocidad del motor. 
El tipo de investigación es tecnológica, ya que se parte de una mejora de proceso 
mediante la investigación e innovación para crear una maquinaria, de igual forma el 
alcance de investigación es aplicada, dado que se utiliza conocimientos para el diseño 
completo de máquina ligera. En tal sentido se ha realizado el proyecto de investigación 
en cinco capítulos, dando a conocer en el primer capítulo titulado “planteamiento del 
estudio” que abarca planteamiento y formulación del problema, el objetivo general y 
específicos y la justificación teórica, práctica y metodológica. El capítulo dos titulado 
“marco teórico” abarca antecedentes nacionales e internacionales de la investigación, 
bases teóricas dividido en parte eléctrica, electrónica y mecánica, y definición de 
términos básicos. El capítulo tres titulado “metodología” abarca el tipoy alcance de 
investigación, así como la metodología aplicada al desarrollo de solución. El capítulo 
cuatro titulado análisis y diseño de solución abarca el estado de arte, identificación de 
la estructura óptima presentando la lista de deseos y exigencias, caja negra, estructura 
de funciones, matriz morfológica, bocetos de conceptos de soluciones, análisis técnico-
económico, definición de la solución óptima para finalizar con el diseño mecánico, de 
rectificación y control. Finalmente, el capítulo cinco titulado “simulación” abarca 
simulación mecánica y sistema de rectificación y control, finalizando con los resultados 
y pruebas.
 1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 CAPÍTULO I PLAN TEAMIENTO D EL ESTUDIO 
PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 
 
1.1 Planteamiento y formulación del problema 
Cuando se está construyendo una vivienda, no solo se construye una edificación, 
se construye también un reflejo de los gustos y emociones del propietario, tales 
pueden quedar plasmadas en las paredes del hogar, en el Perú es normal que se opte 
en dejar tarrajeado las paredes para aplicar la pintura, pero uno puede plasmar 
diversos acabados abstractos en una pared a partir de esta actividad como en la 
Figura 1.1, a estas modificaciones se las conoce como acabados texturizados. 
 
Figura 1.1 Acabado texturizado abstracto realizado con llana (izquierdo) y con rodillo de pintar 
(derecho). 
En los trabajos como tarrajeo, pintado y el proceso de texturizado, que aun 
actualmente se sigue haciendo de forma manual y artesanal se usan las 
herramientas de albañilería como apoyo, algunos de estos acabados como el de 
escarchado o imitación de madera exigen un tiempo de trabajo extra en el cual uno 
 2 
 
con un molde va plasmando repetitivamente en el muro hasta cubrir toda la 
superficie, este proceso puede ser cansado y agotador al ocupar mucho tiempo 
dependiendo del tamaño de la superficie que se requiere cubrir, además de llevar 
gran riesgo ergonómico en la zona de brazos y manos. Hay formas de apaciguar 
estas molestias como tomar pausas, pero lo óptimo sería contar con una maquinaria 
que mejore el proceso de texturizado. 
Uno de los factores en construcción más olvidados es la ergonomía de la 
construcción, demostrado según datos de la Encuesta Nacional de Condiciones de 
Trabajo 6ª EWCS, (EWCS,2019) donde se avala que los trabajos de construcción 
son unos de los trabajos con más riesgo ergonómico donde resaltan posturas 
forzadas, manejo manual de cargas, condiciones ambientales de trabajo y 
finalmente movimientos repetitivos como se ve en la Tabla 1.1. Esta posibilidad de 
riesgo es de 85%, lo cual hace que esta labor sea muy peligrosa diferencia de otras 
actividades como transporte, comercio o salud. 
Tabla 1.1: Tablas de actividades con mayor exposición a riesgos ergonómicos 
 
Base: total de trabajadores (N=3.364) Tomada de Encuesta Nacional de Condiciones de Trabajo 
6ª EWCS, 2018 
En la figura 1.2 se puede notar el trabajo de texturizado hecho mediante el método 
tradicional, este proceso es realizado mediante el uso de una llana o un rodillo para 
pintar, donde el albañil depende de su criterio y experiencia realiza este proceso. 
 3 
 
 
Figura 1.2 Proceso de texturizado realizado con llana 
Este acabado y su proceso puede mejorarse si se logra obtener una maquinaria que 
puede repetir el proceso de texturizado mediante un molde el diseño, logrando así 
culminar el trabajo con un aspecto más estético y con mejor acabado, también el 
de poder implementar diseños abstractos complejos de gran variedad a gusto del 
usuario y variar la velocidad de estampado para una mejor maniobrabilidad del 
acabado, actualmente dicha maquinaria es aún inexistente. 
De aquí surge la idea de crear un equipo de mano con un gran alcance en 
texturizados, que en el menor tiempo posible ayude con el problema ergonómico 
de la repetitividad asociada al proceso de texturizado, junto a ser un equipo de bajo 
costo y con posibilidad de implementar diversos diseños de acabados texturizados 
en superficies planas de cemento. 
 
 
 
 
 4 
 
1.1.1 Problema General 
¿Cómo establecer el diseño de una máquina ligera para acabados 
texturizados en superficies planas de cemento para las edificaciones del 
Perú? 
1.1.2 Problemas específicos 
• ¿Qué mecanismo con movimiento rectilíneo para el estampado de 
acabados texturizados se puede plantear en la máquina para acabados 
texturizados en superficies planas de cemento? 
• ¿Qué materiales se pueden plantear en el diseño del mecanismo 
principal, para garantizar una buena eficiencia de la máquina para 
acabados texturizados? 
• ¿Qué sistema eléctrico-electrónico de control de velocidad de 
estampado e interfaz de usuario se puede plantear en la máquina para 
acabados texturizados en superficies planas de cemento? 
1.2 Objetivos 
1.2.1 Objetivo General 
Diseñar una máquina ligera para acabados texturizados en superficies 
planas de cemento para las edificaciones del Perú 
1.2.2 Objetivos Específicos 
• Diseñar un mecanismo biela-manivela junto a todos sus componentes para 
obtener el movimiento rectilíneo para el estampado de acabados 
texturizados de la máquina para acabados texturizados en superficies planas 
de cemento. 
• Plantear los materiales de los componentes del mecanismo biela manivela, 
para garantizar la eficiencia de la máquina para acabados texturizados en 
superficies planas de cemento. 
• Plantear un sistema eléctrico-electrónico para el control de velocidad de 
estampado e interfaz de usuario mediante el uso de circuitos de potencia y 
el uso de un microcontrolador PIC18F2550. 
 
 5 
 
1.3 Justificación 
1.3.1 Justificación teórica 
El presente trabajo al ser realizado mediante un mecanismo biela manivela que 
presiona constantemente el pistón para el estampado, se logra de esta forma el 
texturizado. Este proceso en la investigación va a aportar nuevos conocimientos 
teóricos en esta área en los parámetros de velocidad por diseño texturizado. 
Actualmente esta labor se desarrolla mediante el uso de herramientas 
convencionales como son llana, rodillos y moldes prediseñados, para así lograr 
hacer acabados texturizados en función al criterio del albañil. 
La máquina herramienta tendrá incorporada un variador de velocidad, el cual 
variando la velocidad de giro se podrá determinar la velocidad y fuerza 
necesaria para lograr un estampado según cada diseño específico , para así 
estandarizar más este proceso, así mejorándolo al poner un parámetro de 
velocidad de ajuste para cada diverso diseño de acabado texturizado, estos 
conocimientos pueden aportar para los futuros trabajos texturizado que al saber 
la fuerza necesaria al aplicar cada diseño, se lograra de alguna forma mejorar 
este proceso al saber con más detalle la velocidad y fuerza necesaria para aplicar 
a cada acabado, esto complementará a determinar los parámetros de ambas 
variables de velocidad y fuerza, para así lograr tramados por diseño, así se 
determinará el rango de velocidad del variador de la máquina para cada diverso 
acabado. 
1.3.2 Justificación práctica 
En la actualidad el procedimiento se sigue haciendo de forma artesanal con 
herramientas de albañilería. Lo que busca la máquina herramienta es mejorar 
este proceso añadiendo la función de estampado y de variación de la velocidad, 
lo cual se logrará mediante el uso de un motor con su respectivo variador de 
velocidad PWM, que en funciona los intereses del usuario se podrá hacer mejor 
el trabajo de texturizado, pero además de ello la maquinaria contará con un 
controlador PIC para así usando leds de estado y un display LCD , se mostrará 
el porcentaje de velocidad del motor, el mecanismo de funcionamiento es un 
mecanismo relativamente ligero ,ya que se apoya en el tipo de biela-manivela 
como se observa en la para lograr el movimiento tipo estampado que plasmara 
 6 
 
cada diseño en la superficie,logrando mejorar el proceso y haciendo más fácil 
el control y operación de la maquinaria. 
1.3.3 Justificación Metodológica 
Actualmente algunas personas han llevado a realizar diversos moldes a base de 
silicona, para lograr obtener diversos diseños para el texturizado. Estos moldes 
se realizan mediante el uso de una superficie con el diseño texturizado, silicona 
y cera. Calentando la silicona y finalmente plasmando el molde cubierto de cera 
en la silicona caliente para así lograr obtener un molde de silicona con el diseño 
específico. Con dichos moldes plasman el diseño manualmente en la superficie 
de cemento. 
A partir de ello, con el uso del mecanismo y los moldes; se plantearía una nueva 
metodología de lograr el acabado texturizado mediante el estampado continuo, 
juntando ambas variables y plasmarlas en una maquinaria que realice este 
proceso de estampado del diseño de silicona, con el valor adecuado de velocidad 
que se determinara con el uso de la maquinaria. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 7 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 CAPÍTULO II MARCO TEÓR ICO 
MARCO TEÓRICO 
 
2.1 Antecedentes de la investigación 
2.1.1 Antecedentes internacionales 
Antonio Núñez Jiménez, Michel Canelles Muir en su tesis “Diseño de un 
sistema de control de velocidad para el motor DC de la pulidora metalográfica 
modelo 3E881M”, 2017. Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa. En 
dicho instituto se encuentra una pulidora metalográfica modelo 3E881M y en 
los últimos años se ha visto limitado debido al deterioro paulatino haciendo 
necesario el diseño de un sistema de control de velocidad, utilizando el método 
de control de corriente de campo, de control de resistencia de circuito de 
armadura o inducido y de control del voltaje en los terminales de la armadura. 
Al introducir la técnica de mando de Modulación por Ancho de Pulso o de forma 
abreviada PWM generada por un microcontrolador, se logra una optimización 
técnica añadiendo nuevas velocidades tales como 550, 750 y 100 rpm dispuestos 
para materiales en aceros al carbono y económica al incurrir en costos menores 
a 30 dólares (Canelles Michel, 2017). Lo más relevante de esta tesis es la 
utilización de un microcontrolador para controlar la velocidad de un motor y 
será útil en la parte de control de nuestro proyecto de investigación. En la figura 
2.2 se puede ver el módulo de variación de velocidad PWM en la tarjeta de 
entrenamiento para microcontrolador PIC. 
 8 
 
 
Figura 2.1 Módulo de variación de velocidad PWM en la tarjeta de entrenamiento para 
microcontrolador PIC, tomada de “Diseño de un sistema de control de velocidad para el motor 
DC de la pulidora metalográfica modelo 3E881”, por Canelles Michel, 2017, p56. 
Mora Rodriguez, Edison Stid en su tesis “Variador de velocidad con capacidad 
de comunicación ethernet en sistema SCADA”, 2019. Universidad Piloto de 
Colombia. Los motores trifásicos son piezas fundamentales en las industrias en 
consecuencia presenta fallas tales como mecánicas, eléctricas y de enlace de 
potencia, además no cuentan con la capacidad de variar su velocidad, controlar 
el óptimo arranque y registrar la información analógica, para lo cual se tiene 
como objetivo diseñar e implementar un variador de velocidad para un motor 
trifásico, que permite interactuar con un PLC vía Ethernet y un módulo de 
monitoreo, enlazado la conexión de un motor trifásico de ½ a 1 hp con un PLC 
Siemens logo 230RC interviniendo una librería de Arduino para el módulo de 
control, finalmente se unen al módulo de monitoreo. Los resultados obtenidos 
fueron visualizar en tiempo real el SPWM de un bombillo, las pruebas de 
frecuencia SPWM del motor en donde se obtuvo que después del 70% de 
variación empieza a salir de su zona de operación (MORA RODRIGUEZ, 
Edison Stid. 2019). Lo relevante de esta tesis es el funcionamiento del variador 
de velocidad pudiendo interactuar con motores trifásicos. 
Ciavaglia Bozzano, Blanca en su tesis “Acabados y revestimientos en el diseño 
de arquitectura de tierra”,2017. Universidad de la República. El revestimiento 
es una capa adherida que tiene como función la protección y embellecimiento 
de las paredes, siguiendo con las tendencias de sustentabilidad y ecología se 
 9 
 
busca revalorizar la tierra en apartados en el revestimiento ya que está asociada 
a la eficiencia energética, tradición cultural y huella ecológica, el objetivo es 
investigar en el estudio de la arquitectura usando la tierra, a través del estudio 
particular de los acabados y revestimientos, conocer, comprender y apropiarse 
de la temática desde un enfoque técnico bajo una metodología de análisis y 
sistematización. Se obtiene como resultado una guía o recetario de la 
composición, características, preparación y ejecución del revestimiento de 
tierra. (CIAVAGLIA BOZZANO, Blanca 2017). Sirve de guía y 
conocimiento acerca de los revestimientos o también llamados texturizados y 
amplía la visión al utilizar un material como es la tierra. 
2.1.2 Antecedentes nacionales 
Hualpa Alejandro, Henry Luis en su tesis “Diseño de una máquina extractora 
para desmontaje de tuercas en válvulas de bombas Geho en minera Chinalco 
Perú S.A.”,2016. En la Universidad Nacional del Centro del Perú. En la minera 
Chinalco Perú S.A. se trabaja con 10 bombas Geho, cada una cuenta con 6 
válvulas cónicas, la presión generada por las bombas hace que continuamente 
las válvulas colapsen necesitando la extracción de tuercas para su reemplazo 
por nuevas válvulas, tiene como objetivo diseñar una máquina extractora para 
desmontar tuercas de válvulas de bombas Geho en minera Chinalco Perú S.A, 
por medio de la metodología VDI 2221. Los resultados finales medio de la 
metodología VDI 2221. En los resultados finales la máquina trabaja mediante 
el mecanismo biela, manivela, pistón y genera un par torsión de 2827 N.m, 
siendo el requerido 1600 N.m con un factor de seguridad del 1.7, el material 
usado es el acero ASTM A572 / A572M de grado 50. Lo más relevante de esta 
tesis es el uso del mecanismo biela, manivela, pistón que va ser usada en nuestro 
proyecto de investigación (Hualpa Henry,2016). La Figura 2.1 muestra la 
máquina ensamblada en el software de diseño Autodesk Inventor. 
 10 
 
 
Figura 2.2 Máquina extractora de tuercas simulada en el software de Autodesk Inventor. 
Tomada de “Diseño de una máquina extractora para desmontaje de tuercas en válvulas de 
bombas Geho en minera Chinalco Perú S.A.”, por Hualpa Henry, 2016 
Calcina Sotelo, Armando Felipe en su tesis “Optimización del funcionamiento 
de un motor de inducción para el ahorro de energía eléctrica en el laboratorio 
UNCP”, 2016. Universidad Nacional del Centro del Perú. En los laboratorios 
de la UNCP se cuenta con equipo de enseñanza que utilizan motores eléctricos 
y al estar en funcionamiento generan consumos excesivos de energía eléctrica, 
esto sumado que lo equipos tienen una antigüedad de más de 45 años y por ende 
la eficiencia de los motores eléctricos es baja, se tiene como objetivo optimizar 
el funcionamiento de los motores eléctricos de inducción mediante un variador 
de frecuencia para el ahorro de energía eléctrica, en la Facultad de Ingeniería 
Mecánica de la Universidad Nacional del Centro del Perú, usando el método 
experimental al manipular las variables independientes de tipo de arranque con 
estrella-triángulo y variador de frecuencia para analizar la variable dependiente 
de consumo de energía. Teniendo como resultados un menor consumo de 
energía en una hora de trabajo pasando del arranque antiguo con un consumo 
de 0.08915 kWh. a el arranque usando variador de frecuencia de con un 
consumo de 0.07725 kWh. (CALCINA SOTELO, Armando Felipe. 2016). 
Lo más relevante de esta tesis es la disminución del consumo energético de los 
motores usando los variadores de frecuencia. 
Morales Martínez, Georgy Alonso y RoalcabaSaavedra, Stalyn en su tesis 
“Diseño de una máquina revocadora neumática de paredes con una capacidad 
 11 
 
de 30 /H para la empresa Campo Verde S.A.C. – Motupe, Lambayeque”, 2018. 
Universidad Señor de Sipán. En América Latina las edificaciones están en 
crecimiento y más del 50% edificaciones actuales no cuentan con los servicios 
básicos de infraestructura, existen varias barreras para optimizar el proceso de 
construcción y esto genera horas de jornada más largas, inestabilidad laboral 
sumado a la poca capacitación de los trabajadores. Se tiene como objetivo 
diseñar una revocadora neumática para enlucir paredes con una capacidad de 
30m2/h para incrementar la productividad de la empresa Campo Verde SAC. 
Los resultados obtenidos fueron un diseño de máquina de dimensiones de 1.2m 
de largo, 0.6m de ancho y 0.8m de alto, con un área de enlucido de 30 generando 
un volumen del material del 0.45trabajando con un torque de 33.1573 N.m y 
una potencia de 2Hp. (MORALES, Georgy Y ROALCABA, Stalyn 2018). 
Lo relevante de esta tesis es la mejora en un proceso de construcción al revocar 
concreto a la pared y sirve de conocimiento a nuestro trabajo de investigación. 
2.2 Bases teóricas 
• Acabado texturizado: Estética arquitectónica aplicada en superficies planas o 
lisas tales como los muros, techos y fachadas del hogar, pueden variar de 
diseños y formas según el tipo de material y la técnica usada en su aplicación. 
Aparte de decorar las superficies brindan características tales como alargar la 
duración de la estructura, protegerla del clima y el paso del tiempo, y son fáciles 
de lavar. 
 
Figura 2.3 Tipos de acabado texturizado por escarchado, rodillo y moldes respectivamente. 
• Máquina tarrajeadora: Máquina industrial que realiza un acabado uniforme a 
las superficies de las edificaciones utilizando cemento, agua, arena y cal. Esto 
 12 
 
con el fin de brindar una capa de lisa para el pintado o texturizado. (Requelme 
Cholan, 2017) 
 
Figura 2.4 Máquina tarrajedora, de patente china. Tomada del catálogo de la página del 
proveedor. Por Ángel Wong, proveedor de maquinaria Ez Renda en Latinoamérica,2019 
 
• Moldes de silicona para Texturizado: Realizados a partir de una superficie a 
plasmar, estos moldes se hacen con silicona, cera y plastilina, para lograr tener 
un molde con el diseño de texturizado a estampar. Este proceso se hace 
artesanalmente y sin estandarización, la creación de moldes está en función a la 
perspectiva del usuario. 
 13 
 
 
Figura 2.5 Molde en forma de piedra para acabado texturizado, hecho a base de Silicona 
 
2.2.1 Parte Eléctrica 
• Motor Universal: Máquina capaz de transformar electricidad en energía 
mecánica gracias a los efectos del campo magnético, además de poder operar 
tanto en AC como en DC, entre sus partes encontramos: rotor, estator, carcasa, 
caja de conexiones, cojinetes y tapas. La parte principal de un motor y con el 
que puede funcionar es el estator y rotor, este equipo puede funcionar tanto en 
corriente alterna, como en corriente continua. (Burbano Ortiz, 2018) 
 
 14 
 
Figura 2.6 Motor universal moderno, componentes y estructura. Tomada del material 
educativo de la compañía Weg sobre motores universales. Por la compañía Weg.2018 
• Circuito rectificador AC/DC: Es un circuito de electrónica de potencia, sirve 
para transformar la tensión alterna a una tensión continua en el tiempo. Los 
rectificadores más modernos o controlados presentar transistores como igbt, 
bipolares, mosfet, entre otros, además de tiristores y otros dispositivos, su 
control se ejecuta retardando el ángulo de disparo. (Alvarez Acevedo, 2016) 
 
Figura 2.7 Diagrama esquemático, rectificador 220/230v AC a 12v DC, 5v DC . Tomado de 
un artículo de circuitería sobre electrónica de potencia. Por Aman Bharti.2017 
2.2.2 Parte electrónica 
• Variador de velocidad PWM: Dispositivo electrónico que controla la 
velocidad de un actuador eléctrico a través del monitoreo de la frecuencia de 
entrada suministrada. (Piñero Rueda , 2015) 
 
Figura 2.8 Regulador de voltaje ajustable PWM motor de CA de control de velocidad 50V-
220V 2000W, Tomado del catálogo del proveedor electrónico Tenflyer. Por Tenflyer.2020 
 15 
 
 
Figura 2.9 Variador de frecuencia de la marca Danfoss, Tomada de My electrical Engineering. 
Por Steven McFadyen.2012 
• Microcontrolador PIC18f2550: La tecnología VLSI (alta escala de 
integración) producto de los microprocesadores, permitió en un futuro 
introducir en pequeños chips un sistema entero, a estos dispositivos actualmente 
se les conoce como microcontroladores, dentro de su estructura se encuentra 
una CPU, una memoria de datos, una memoria para el programa, un circuito de 
reset y finalmente un circuito oscilador, además de sus puertos para entrada y 
salida. El microcontrolador PIC18f son parte de una familia de 
microcontroladores de 8bits, son fabricados por la empresa Microchip, en su 
repertorio, posee 75 instrucciones en modo estándar, 8 funciones especiales, 
puede procesar con frecuencias de hasta 40Mhz, una memoria flash del 
programa de hasta 32K y posibilidad de conversores analógico/digital. 
(USERS, 2011) 
En particular el PIC18f2550 entre sus características principales posee: 1KB 
dual port RAM más un 1KB GP RAM, Transceptor de velocidad completa, 16 
puntos finales (IN/OUT), resistencias internas pull up (D+/ D-), 48 MHz 
(12MIPS) y pin-to-pin compatible con PIC16C7X5. (Microchip, 2020) 
 16 
 
 
Figura 2.10 PIC18f2550. Tomado del catálogo de productos MicroChip. Por Microchip 2020 
• Display LCD: LCD hace mención a Pantalla de Cristal Líquido, este 
dispositivo está compuesto por un material cristalino que por medio de dos 
capas de conducción orientan la luz en su paso para así finalmente plasmar los 
datos entregados. En este material cristalino se transmiten corrientes por 
electrodos transparentes, así representando caracteres reorientando su 
transparencia. La pantalla está compuesta por moléculas de cristal líquido 
alargadas, asignadas de forma paralela en la fase cristalina. Este display gráfico 
se puede manipular más fácilmente en el software de programación Mikroc 
PRO for Pic mediante el uso de la librería LCD (Armijos Álvarez, y otros, 
2011 ) 
 
Figura 2.11 Pantalla LCD 2x16 en funcionamiento. Tomado de Fabacademy. Por 
Fabacademy. 2019 
• MiKroC PRO for PIC: Es un programa que brinda la posibilidad de insertar 
un programa en lenguaje de bajo nivel en el microcontrolador PIC , mediante el 
uso de la programación C. Que mediante el uso de sus diversas funciones C, 
logra compilar el programa para convertirlo en lenguaje ensamblador, para así 
insertarlo en el microcontrolador, además se puede enlazar con otros softwares 
de simulación como proteus para demostrar la veracidad del programa. 
Contiene librerías para facilitar la programación. 
 17 
 
 
 
Figura 2.12. Interfaz del programa Mikroc PRO for PIC 
• If , condicional de lenguaje C: Es una condicional del lenguaje C, que brinda 
el acceso a un grupo de bloques si se logra cumplir la condición descrita en IF, 
se puede complementar con otras condiciones como else, en donde se accede al 
bloque donde si la condición del IF principal no fue cumplida. 
 
Figura 2.13. condicional IF en Mikroc PRO for PIC 
• Periférico ADC del PIC 18F2550: Este periférico conocido como convertidor 
análogo digital, brinda señales digitales de 10 bits para el proceso dentro del 
microcontrolador, en función a una señal analogica inferior a 5v para proteger 
 18 
 
el PIC, este proceso puede tomar un poco de tiempo, se requiere determinar bien 
dichos tiempos como el tiempo de adquisición y tiempo de conversión. Este 
periférico puede configurarse más fácilmente en el software Mikroc PRO for 
PIC mediante el uso de la librería ADC. Su estructura es la siguiente: 
 
Figura 2.14. Estructura del ADC del PIC18F2550. Donde AN0-AN12, son entradasanalógicas, la señal de salida digital convertida es de 10 bits. 
• TAD: Es una unidad de medida de tiempo del ADC del PIC, como un reloj de 
conversión. El valor del TAD está en función a la oscilación interna del PIC, su 
uso se determina para determinar la duración del tiempo de adquisición y 
tiempos de conversión de cada proceso de conversión analógica-digital. En la 
Tabla 2.1 se define los parámetros para determinar el valor del TAD, en función 
a la frecuencia de trabajo programada más cercana 
 
 
 19 
 
 
Tabla 2.1 Valores del TAD en función a la frecuencia de oscilación del PIC. 
 
Tomada de Conversión Análogo Digital del PIC18F2550. Por Juan Merlo. 2019 
2.2.3 Parte Mecánica 
• Diseño de ejes para el esfuerzo: Al diseñar un eje, no siempre se requiere 
hacer cálculos de esfuerzos en todos sus puntos , basta con hacerlo en 
algunos puntos críticos . En la mayoría de casos estas localizaciones se 
encuentran en la superficie , en zonas axiales en los cuales el momento 
flector es enorme, en las zonas donde hay par-torsión presente y finalmente 
donde se encuentren acumulaciones de esfuerzos. (Shigley, 2008) Esto se 
puede calcular mediante las fórmulas de esfuerzo de von mises como se ve 
la fórmula 2.1. Un análisis estático como se ve en la fórmula 2.2 y finalmente 
ASME elíptica en la fórmula 2.3 estas fórmulas son similares ya que parten 
de un concepto en común donde en función a una operación entre momento 
y torque, se logra determinar el diámetro y afinar mejor el factor de 
seguridad. Las Formulas, determinan el proceso de cálculo de ejes según 
Richard D. Budynas y J. Keith Nisbet 
 
 20 
 
Figura 2.15 Imagen referencial de diseño de ejes con esfuerzos. Tomada de un artículo 
informativo de Roymech. Por Roymech. 2020 
Análisis de Von Mises: para ejes giratorios, redondos y sólidos, no se toman en 
cuenta las cargas axiales. 
𝑆𝑦𝐹𝑠 = √((32∗𝑀𝜋∗𝑑3 )2 + 3 (16∗𝑇𝜋∗𝑑3)2)……………………………………….… (2.1) 
Donde: 
- Sy: Resistencia a la fluencia 
- Fs: Factor de Seguridad 
- M: Momento flexionante 
- d: Diámetro del eje 
- T: Torsión 
Análisis Estático ED-Soldeberg: los esfuerzos se combinan mediante la teoría 
de distorsión (ED), su uso es aplicado en la mayoría para determinar el criterio 
de falla, para propósitos de diseño se aplica la formula. 
𝑑 = √[16∗𝑛𝜋∗𝑠𝑌 √[4(𝑘𝑓 ∗ 𝑀)2 + 3(𝑘𝑓𝑠 ∗ 𝑇)2]]3 …………………………..…… (2.2) 
Donde: 
- Sy: Resistencia a ala fluencia 
- n: Factor de Seguridad 
- M: Momento flexionante 
- d: Diámetro del eje 
- T: Torsión 
- Kf: Factor de concentración de esfuerzo por fatiga de la flexión 
- Kfs: Factor de concentración de esfuerzo por fatiga de la Torsión 
Para determinar el Radio de muesca se usa la siguiente tabla de factores de 
concentración de esfuerzos. Valores típicos de primera iteración en el diseño 
del eje, los valores dependen de relaciones de características apropiadas y no de 
dimensiones específicas. 
 
 21 
 
Tabla 2.2: Estimaciones de primera iteración de los factores de concentración del esfuerzo Kt. 
 
Tomada del libro Diseño en ingeniería mecánica de Shigley, pág. 356, por Richard G. 
Budynas y J. Keith Nisbett novena edición, 2011. 
La existencia de irregularidades o discontinuidades como ranuras, orificos o 
muescas incrementan los esfuerzos flectantes o torsoeres teóricos. La 
sensibilidad de la muesca sometida a la torsión está en la figura 2.16. 
 
Figura 2.16: Sensibilidad a la muesca en el caso de los aceros y aleaciones de aluminio 
forjado UNS A92024-T sometidos a flexión inversa de las cargas axiales inversas, tomada del 
libro Diseño en ingeniería mecánica de Shigley, pág. 282, por Richard G. Budynas y J. Keith 
Nisbett novena edición, 2011. 
 
La sensibilidad de la muesca sometida a la flexión está en la figura 2.17. 
Flexión Torsión Axial
Filete de hombro: agudo (r/d=0.02) 2.7 2.2 3.0
Filete de hombro: bien redondeado (r/d=0.1) 1.7 1.5 1.9
Cuñero fresado: (r/d=0.02) 2.2 3.0 -
Cuñero de patín o trapezoidal 1.7 - -
Ranura para anillo de retención 5.0 3.0 5.0
 22 
 
 
Figura 2.17: Sensibilidad a la muesca de materiales sometidos a torsión inversa, tomada del 
libro Diseño en ingeniería mecánica de Shigley, pág. 282, por Richard G. Budynas y J. Keith 
Nisbett novena edición, 2011. 
 
 ED ASME Elíptica: Similar que ED análisis estático, ASME elíptica tiene una 
validación más aproximada del eje basándose en las siguiente Formulas y 
consideraciones. 
𝑑 = √[16∗𝑛𝜋 √[4 (𝑘𝑓∗𝑀𝑆𝑒 )2 + 3 (𝑘𝑓𝑠∗𝑇𝑆𝑦 )2]]3 ………………………………….…… (2.3) 
Donde: 
- Sy: Resistencia a la fluencia 
- Se: Limite de Fatiga 
- n: Factor de Seguridad 
- M: Momento flexionante 
- d: Diámetro del eje 
- T: Torsión 
- Kf: Factor de concentración de esfuerzo por fatiga de la flexión 
- Kfs: Factor de concentración de esfuerzo por fatiga de la Torsión 
Límite de resistencia a la Fatiga en ubicación Critica (Se): 𝑆𝑒 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝑆𝑒´ ………………………………….……………………….… (2.4) 
 
 23 
 
Donde: 
- Ka: Factor de Superficie 
- Kb: Factor de Tamaño 
- Se`: Limite de la Resistencia a la Fatiga 
Factor de Superficie KA, Valores de a y b para resolver la ecuación de Marin 
según el tipo de acabado en el material. 
Tabla 2.3: Parámetros en el factor de la condición superficial de Marin 
 
Tomada del libro Diseño en ingeniería mecánica de Shigley, pág. 318, por Richard G. 
Budynas y J. Keith Nisbett novena edición, 2011. 
Factor de Tamaño Kb, Para poder ser halladas los valores del factor de tamaño 
según el diámetro se evaluó en más de 133 conjuntos de puntos de datos. 
 
Figura 2.18: Conjunto de ecuaciones del factor de tamaño Kb, tomada del libro Diseño en 
ingeniería mecánica de Shigley, pág. 275, por Richard G. Budynas y J. Keith Nisbett novena 
edición, 2011. 
 
Límite de la Resistencia a la Fatiga. Para ser hallados estos valores límites de 
la resistencia a la fatiga se realizó ensayos de esfuerzos, siendo Sut la 
resistencia a la tensión mínima. 
Sut/ kpsi Sut/ Mpa
Esmerilado 1.34 1.58 -0.085
Maquinado o laminado en frío 2.70 4.51 -0.265
Laminado en caliente 14.4 57.7 -0.718
Como sale la forja 39.9 272 -0.995
Acabado
 superficial
Exponente
b
Factor a
 24 
 
 
Figura 2.19: Conjunto de ecuaciones de límite de la resistencia a la fatiga, tomada del libro 
Diseño en ingeniería mecánica de Shigley, pág. 275, por Richard G. Budynas y J. Keith 
Nisbett novena edición, 2011. 
 
• Mecanismo biela - manivela: Este mecanismo está formado por una barra 
articulada que en un extremo está unida con una manivela y con un pistón en 
el otro extremo, logrando así un movimiento lineal. Al rotar el eje, la manivela 
transmite este movimiento circular hacia la biela que refleja un movimiento de 
vaivén reflejado en el pistón, este sistema funciona igual si el eje rota al revés. 
(Reyes Nieto, 2015). 
 
Figura 2.20 Esquema mecanismo biela – manivela. Tomada de “Construcción de una maqueta 
de un motor mono cilíndrico para demostración de la cinemática del motor en el mecanismo 
biela - manivela”. Por Juliana Reyes .2015 
Esta fórmula nos ayuda a deducir los grados de libertad del mecanismo. 𝑀 = 3(𝑁 − 1) − 2(𝑗𝑝) − 𝑗𝑛…………………………………………………….……………(2.5) 
Donde: 
- M: Número de grados de libertad 
 25 
 
- N: Número total de eslabones del mecanismo 
- Jp: Número total de uniones Principales 
- Jn: Número total de uniones de orden Superior 
Este mecanismo disgregándolo en un DLC se divide en el siguiente diagrama 
y las siguientes formulas. 
 
Figura 2.21 Diagrama cuerpo libre del mecanismo biela – manivela. 
 
Para calcular la velocidad lineal Vb, en el eslabón b. 𝑉𝑏 = 𝑉𝑎 + 𝑤1 ∗ 𝑅𝑏𝑎 …………………………………………………….…………….…………(2.6) 
Donde: 
- Vb: Velocidad en el eslabón B 
- Va: Velocidad tangencial en el Punto de A 
- W1: Velocidad Angular en A 
- Rba: Radio BA 
Luego se complementa la misma fórmula aplicándola en Vc 𝑉𝑐 = 𝑉𝑏 + 𝑤2 ∗ 𝑅𝑐𝑏…………………………………………………….…………….…………(2.7) 
Donde: 
- Vc: Velocidad en el eslabónC 
- Vb: Velocidad en el Punto de B 
- W2: Velocidad Angular en B 
- Rcb: Radio CB 
 26 
 
• Clasificación de pernos: Los pernos son elementos roscados usados en su 
mayoría en máquinas, su función mecánica es la unión de piezas en una unión 
en común. La unión es fija y desmontable en la mayoría de casos, existen una 
gran variedad de tornillos con diversos roles, aplicaciones y configuraciones en 
las máquinas y en las estructuras metálicas en las que se aplica (Torres Gallardo 
, 2014) 
La norma SAE J1199_2001 cubre los requisitos mecánicos y materiales para 
ocho clases de propiedades de sujetadores métricos roscados externamente de 
acero en tamaños M1.6 a M36, inclusive, y adecuados para su uso en 
aplicaciones automotrices y relacionadas. Los productos incluidos son pernos, 
tornillos, espárragos, pernos en U, tornillos premontados y conjuntos de 
arandelas (sems), y productos fabricados de la misma manera que sems, excepto 
sin arandela. (SAE, 2001) 
Para determinar la resistencia de prueba mínima (SP), se aplica las siguiente 
Figura. 
 
Figura 2.22 Marcas de identificación en las cabezas de los tornillos. Tomada de las tablas de 
estándares de Jacks Industry. Por KL. Jack. 2009 
 27 
 
Existe una fuerza inicial de tensión aplicada en todo perno, para determinarla, 
se aplica la siguiente Formula. 𝐹𝑖 = 0.9 ∗ 𝐴𝑡 ∗ 𝑆𝑝…………………………………………………….…………….………………(2.8) 
Donde: 
- Fi: Tensión inicial de Pernos 
- At: Área de Esfuerzo de tensión 
- Sp: Resistencia de prueba de Material 
Para determinar el área de esfuerzo a la tensión se usa la siguiente Tabla. 
Tabla 2.4: Dimensiones de roscas unificadas (UNS), serie de roscas bastas (UNC) y finas 
(UNF) 
 
Tomada de la página Laboratorios de producción e ingeniería industrial, 2018. 
• Clasificación de aceros SAE: Elaborar una clasificación de aceros es 
dificultosa, por la causa de la constante aparición de nuevos tipos de acero y 
nuevos elementos en la aleación. Aun así para el gran número de aceros 
comunes y las pocas cantidades de elementos de aleación, la SAE – AISI, como 
Número de 
hilos por 
pulgada
Diámetro
menor
dt (in)
Área de
esfuerzo
a tracción
At (in2)
Número de
hilos por
pulgada
Diámetro
menor
dt (in)
Área de
esfuerzo
a tracción
At (in2)
0 0.0600 - - - 80 0.0438 0.0018
1 0.0730 64 0.0527 0.0026 72 0.0550 0.0028
2 0.0860 56 0.0628 0.0037 64 0.0657 0.0039
3 0.0990 48 0.0719 0.0049 56 0.0758 0.0052
4 0.1120 40 0.0795 0.0060 48 0.0849 0.0066
5 0.1250 40 0.0925 0.0080 44 0.0955 0.0083
6 0.1380 32 0.0974 0.0091 40 0.1055 0.0101
8 0.1640 32 0.1234 0.0140 36 0.1279 0.0147
10 0.1900 24 0.1359 0.0175 32 0.1494 0.0200
12 0.2160 24 0.1619 0.0242 28 0.1696 0.0258
 1/4 0.2500 20 0.1850 0.0318 28 0.2036 0.0364
 5/16 0.3125 18 0.2403 0.0524 24 0.2584 0.0581
 3/8 0.3750 16 0.2938 0.0775 24 0.3209 0.0878
 7/16 0.4375 14 0.3447 0.1063 20 0.3725 0.1187
 1/2 0.5000 13 0.4001 0.1419 20 0.4350 0.1600
 9/16 0.5625 12 0.4542 0.1819 18 0.4903 0.2030
 5/8 0.6250 11 0.5069 0.2260 18 0.5528 0.2560
 3/4 0.7500 10 0.6201 0.3345 16 0.6688 0.3730
 7/8 0.8750 9 0.7307 0.4617 14 0.7822 0.5095
1 1.0000 8 0.8376 0.6057 12 0.8917 0.6630
ROSCA FINA UNF
Tamaño 
Diámetro
mayor 
(nominal)
d (in)
ROSCA GRUESA UNC
 28 
 
otras normativas, elaboraron un sistema de clasificación que se aplican 
satisfactoriamente en el medio. (Garrido Soto , 2009) 
 
Figura 2.23 Clasificación de aceros según SAE. Tomada de El acero Aleado. Por Herreros 
Argentinos. 2019 
Tabla 2.5: Relación entre la nomenclatura AISI-SAE con las propiedades mecánicas del acero 
 
Tomada de Diagrama Hierro Carbono. Por Mauricio Montoya. 2015 
 29 
 
• Clasificación de aceros ASTM: Los estándares de acero ASTM son esenciales 
para clasificar, especificar y evaluar las propiedades mecánicas, químicas y 
metalúrgicas de los diversos tipos de aceros, su aplicación directa está en la 
producción de piezas mecánicas, piezas para la industria y finalmente para la 
construcción. Los aceros pueden ser de tipo inoxidable, de carbono, estructural, 
férrico y de aleación. Las normas de aceros en esencia son útiles para guiar a 
refinerías, laboratorios, fabricantes de productos y otros usuarios 
independientes, guiándonos para así garantizar una aplicación segura. (ASTM 
INTERNATIONAL, 2020) 
 
Figura 2.24 Clasificación de los aceros según ASTM. Tomado del catálogo de aceros. Por 
Aceros Arequipa. 2015 
• Bronce ASTM B505/B584: Originalmente se utilizó el término Bronce a las 
aleaciones de cobre con estaño, pero hoy en día, este término es utilizado para 
nombrar cualquier 5 aleación que tenga como elemento principal el cobre. 
Existe una excepción que son las aleaciones de cobre con zinc, que son 
conocidas como latones y que poseen hasta un 12% del principal elemento de 
aleación. Los bronces comerciales principales son aleaciones de cobre con 
estaño, silicio, aluminio o berilio; además pueden tener fósforo, plomo, níquel 
o zinc, para brindar diferentes propiedades mecánicas y físicas al material. 
(Narváez Chediak , 2013) 
El bronce A.S.T.M B505/B584, coloquialmente se lo conoce como bronce 
fosforado, comercial o estándar, posee sobresalientes propiedades mecánicas, 
 30 
 
gran capacidad de maquinado y resistencia a los esfuerzos y a la tensión. Se 
recomienda su uso para máquinas ligeras, así como en la elaboración de 
chumaceras, casquillos y stoperos. 
Tabla 2.6: Composición del bronce 
 
Tomado de Industrial Okendo S.A. 2020 
 
Tabla 2.7: Propiedades mecánicas del bronce B505 
 
Tomado de Industrial Okendo S.A. 2020 
• Acero Inoxidable AISI 439: En un tipo de acero de bajo carbono, usado 
comúnmente en ambientes con altas temperaturas. Esto debido a su alta 
resistencia a la oxidación en temperaturas elevadas. Además de ser fácil de 
moldear y maquinar. En sus aplicaciones más básicas está en un uso más 
automotriz, en cabezales, y en el sistema de escape, donde trabaja a altas 
temperaturas en ambientes oxidantes. 
 31 
 
En la tabla 2.8 se observan sus características mecánicas del Acero inoxidable 
439. 
Tabla 2.8: Propiedades mecánicas del acero Inoxidable AISI 439 
 
Tomado de NKS de México. 2020 
• Esfuerzos en Uniones Soldadas: Para soldar estructuras metálicas se puede 
trabajar bajo estas normas, donde entra el tipo de electrodo y la posición en la 
cual se va a soldar, cabe decir que esta norma entra en la soldadura bajo arco 
eléctrico, se puede aplicar en aceros estructurales, en aplicaciones como en 
puentes, máquinas, edificios y estructuras metálicas arquitectónicas. En los 
métodos se operación se recomienda soldar con arco corto, así como una gestión 
de temperatura de los electrodos calentándolos a temperaturas de 70 y 120 Cº, 
en caso de estar húmedos se recomienda resecar los electrodos a 350ºC en un 
lapso mínimo de 60 minutos. (AWS, 2015) Además de ello se usarán unas 
fórmulas de soldadura en función a su área, en el caso es un área rectangular así 
que se basara el análisis en función a estas fórmulas según Richard D. Budynas 
y J. Keith Nisbet. Empezando por la Figura. 
 32 
 
 
Figura 2.25: Propiedades torsionales de las soldaduras de filete, tomada del libro Diseño en 
ingeniería mecánica de Shigley, pág. 462, por Richard G. Budynas y J. Keith Nisbett novena 
edición, 2011. 
Área de soldadura y Segundo momento polar unitario del Área: 
𝐽𝑢 = (𝑏+𝑑)36 ……………………………………………………………… (2.9) 
Donde: 
- Ju: Segundo momento polar unitario del área 
- B: Base 
- D: Altura 𝐴𝑟𝑒𝑎 = 1.414 ∗ ℎ ∗ (𝑏 + 𝑑)…………………………………………… (2.10) 
Donde: 
- B: Base 
- D: Altura 
- H: Ancho del filete 
Esfuerzo primario, secundario y esfuerzo permisible: 𝜏` = 7.9356∗𝑓𝑠𝐴𝑟𝑒𝑎 ………………………………………………………….………………..……… (2.11) 
 33 
 
Donde: 
- 𝜏`: Esfuerzo primario 
- Fs: Factor de seguridad 
 𝜏`` = 𝑀𝑐∗𝑐𝐽 …………………………………………………………………….……………….…… (2.12) 
Donde: 
- 𝜏``: Esfuerzo secundario 
- Mc: Momento cortante 
- C: Distanciadel centro de filete. 
𝜏𝑝𝑒𝑟𝑚 = √𝜏𝑥``2 + (𝜏𝑦`` + 𝜏𝑦`)2………………………………….…...… (2.13) 
Donde: 
- 𝜏``: Esfuerzo Secundario 
- 𝜏`: Esfuerzo Primario 
- 𝜏perm: Esfuerzo Permisible 
 
 
 
 
 
 
 
 34 
 
2.3 Definición de términos básicos 
PWM: Por sus siglas en inglés, significa Pulse Width modulation, traducido al 
español como Modulación del Ancho del Pulso. Mayormente se toma de una 
señal de pulso cuadrada, cada pulso efectuado se considera como ciclo de trabajo, 
en el cual consiste en variar el periodo entre encendido y apagado, algo así como 
en un ON Y OFF, esta práctica se usa mayormente para controlar intensidad de 
luz, como también en la modulación de velocidad de motores. 
PIC: Es un dispositivo con similitud a un circuito integrado, formado por una 
unidad de procesamiento CPU, como también memorias RAM y ROM, sus 
puertos se pueden configurar como entradas/salidas y periféricos, formando un 
dispositivo con gran variedad de aplicaciones. 
Motor Universal: Son un tipo de motor caracterizado por funcionar tanto con 
corriente DC como corriente AC, usados mayormente en aparatos 
electrodomésticos, tienen un par muy alto y pueden lograr grandes velocidades. 
RPM: Revoluciones Por Minuto es una unidad de frecuencia que indica el 
número de vueltas que da un eje de un motor, se puede medir mediante un 
tacómetro, en función del millar de revoluciones. 
Semiconductor: Es un elemento que se puede comportar como conductor o 
como aislante, compuestos por elementos como Silicio y Germanio en su mayoría 
, se puede alterar sus propiedades eléctricas en función al campo eléctrico o 
magnético. 
Acabado Texturizado: Usado en su mayoría para mejorar la estética tanto visual 
como la estructural de un muro, existen una gran variedad de acabados 
texturizados, en donde se pueden usar pastas texturizadas para mejorar su diseño. 
ADC: Convertidor análogo digital del PIC18f2550 de forma simplificada 
TAD: Unidad de tiempo en función al periodo de oscilación de trabajo del 
PIC18F2550. 
 
 
 35 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 CAPÍTULO III ME TODOLOGÍA 
METODOLOGÍA 
 
3.1 Tipo de investigación 
La investigación tecnológica tiene como objetivo adaptar el conocimiento 
científico para la solución de diferentes problemas que beneficien a la sociedad. 
Sus alcances son experimental y aplicada. (Espinoza Montes, 2010) 
El presente trabajo tiene el tipo de investigación tecnológica dado que parte de 
punto crítico que genera problema y necesidad en la construcción, además de 
mejorar este proceso mediante un proceso de investigación e innovación para 
crear una maquinaria que satisfaga este punto, y mejore el proceso de texturizado. 
3.2 Alcance de investigación 
El alcance de investigación aplicada tiene como objetivo adaptar los resultados 
de la investigación experimental para diseñar tecnologías que sean aplicadas de 
manera inmediata en la solución de los problemas de la sociedad. (Espinoza 
Montes. 2010) 
El presente trabajo tiene el alcance de investigación aplicada dado que 
conocimientos adquiridos en el diseño, creación de planos 2d y 3d, simulación 
sin/con cargas, son usados para diseñar un equipo de mano para acabados 
texturizados, en la investigación se aplicarán conceptos teóricos para diseñar una 
maquinaria, para su futura creación, al plasmar dichos conocimientos en un 
ambiente real, donde se aproximaron los resultados mediante simulaciones, así 
sustentando el alcance aplicado de la investigación. 
 36 
 
3.3 Metodología aplicada al desarrollo de la solución 
Metodología de Diseño VDI 2221: Los métodos de diseño fueron creados con 
el fin de ordenar y acelerar la actividad creadora del diseñador, actualmente 
existen muchos métodos, pero todos tienen puntos en común que se puede 
apreciar en las variaciones de su aplicación. (Barriga Gamarra, 2016) Se toma como 
referencia el método VDI 2221 generalizado uno de los primeros en aparecer y 
optimizando cada una de sus cuatro fases las cuales son: 
I. Comprensión de la Solicitud: Se comprende el problema a tratar a través 
del diseño del producto, recursos disponibles y restricciones, en este 
apartado, se establecerá el problema o proceso a mejorar, junto a los 
requerimientos básicos y añadidos tanto por los investigadores como el 
usuario final. 
II. Concepto de Solución: Se emplean conceptos de ingeniería para buscar el 
resultado óptimo y el diseño más óptimo del equipo (bosquejo, forma de 
trabajo, materiales a utilizar). Se complementará este proceso mediante la 
creación de múltiples alternativas de solución con diversas fuentes de 
potencia como también una variedad de múltiples controladores para la 
interfaz de usuario con el LCD. 
III. Elaboración del Proyecto: Al culminar la actual etapa, se obtienen ya los 
planos, la lista de las piezas y los cálculos respectivos. Esto se logrará previo 
al diseño abstracto en cálculos y mediciones, estos datos se van a validar 
mediante el uso de softwares de simulación, en esta investigación se aplicará 
el uso de software de Autodesk Inventor, Proteus y Mikroc PRO for PIC, 
para el diseño de planos mecánicos, planos eléctricos-electrónicos y 
simulación del programa del controlador PIC respectivamente. Este proceso 
en parte va a validar el trabajo en los cálculos y razonamientos con la 
simulación en estos softwares. 
IV. Elaboración (Ingeniería) de Detalles: En esta etapa ya se tendrá los planos 
de la máquina para su fabricación y su montaje además de los cálculos 
utilizados, en pocas palabras ingeniería de detalle acerca del proyecto. 
(Barriga Gamarra, 2016). Como previamente se logró validar las 
 37 
 
dimensiones, datos, mecanismo, la programación para el controlador y los 
planos de circuitado. Se logrará brindar los planos mecánicos y eléctricos , 
junto al código de la programación para el controlador, estos datos ya fueron 
previamente validados. Con estos planos ya se podrá pasar a la creación física 
real del prototipo. 
 
Figura 3.1 Proceso Generalizado de Desarrollo y Diseño VDI. Tomado de Manual de 
Metodología VDI. Por Barriga Gamarra. 2018 
En la fase de comprensión de la solicitud se establece la necesidad del producto 
el cual es plasmado en la lista de exigencias con las exigencias y deseos de la 
máquina, seguido a esto se establece el concepto de solución donde se hace uso 
de la caja negra y se especifica las funciones parciales en la estructura de 
funciones, se traza cada solución en la matriz morfológica para posteriormente 
seleccionar la solución más óptima. 
 
Figura 3.2. Estructura de la metodología VDI 2221. Por Gallo Torre. 2019 
 38 
 
En esta fase algunos autores han propuesto diversas secuencias para una mejor 
conceptualización tanto del proceso a mejorar como también de la estructura 
interna y externa del prototipo, esta secuencia de pasos se puede observar en la 
Figura 3.2. En el caso particular de la investigación realizada , se va a plantear 
la aplicación de la lista de exigencias para determinar los requerimientos de la 
máquina para tener una buena conceptualización del diseño, la caja negra para 
saber el proceso final, la estructura de funciones para determinar mejor los 
actuadores, mecanismo, fuente de energía y controlador del prototipo, para 
finalmente validar mediante una matriz morfológica, y determinar el equipo 
más viable tanto técnica y económicamente. 
Lista de exigencias: Es el primer paso para empezar con la metodología de 
diseño, aquí se menciona los requisitos que debe cumplir la máquina de 
acabados texturizados y según la prioridad de cada requisito se divide en 
exigencias o deseos. En la tabla inferior de elaboración propia se dispone todos 
los apartados que contiene la lista de exigencias. 
Tabla 3.1: Modelado de la lista de exigencias 
 
 
Caja negra: Continuando con la metodología de diseño, se procedo con la 
elaboración de la caja negra donde en la parte izquierda se mencionalos 
procesos de entradas (señales, energía y materia). Al lado derecho de la caja 
negra se menciona los procesos de salidas (señales, energía y materia), todo 
referente a la máquina para acabados texturizados. 
 39 
 
 
Figura 3.3. Estructura de la Caja negra 
 
Estructura de funciones: Se disgrega la caja negra partiendo de las funciones 
parciales para ver internamente cómo funciona en conjunto el sistema de 
acabado texturizado, manteniendo las mismas entradas y salidas. Esto ayudar a 
conceptualizar mejor cada propuesta de diseño con sus respectivas 
características. 
 
Figura 3.4. Estructura de funciones posterior a la Caja Negra 
 
Matriz morfológica: A partir de cada función parcial se presenta la matriz 
morfológica que contiene alternativas de diseño, se traza la propuesta de cada 
función parcial para encontrar la opción más viable que debe contener la 
máquina herramienta de acabado texturizado de forma secuencial, en el 
proyecto de investigación se establecen 3 alternativas de solución. 
 
 40 
 
Tabla 3.2: Matriz morfológica 
 
Análisis técnico – económico: Al contar con las 3 posibles soluciones de la 
máquina herramienta de texturizado se procede a escoger la más viable teniendo 
en cuenta las variantes de conceptos o también llamado criterios de evaluación, 
se asigna un puntaje a cada variante (g) y según la solución se asigna el puntaje 
específico (p) para obtener un resultado total y por medio de del gráfico de 
evaluación seleccionar la solución adecuada. Con el diseño finalmente elegido, 
se trabajará hasta el final de la investigación. 
 
Tabla 3.3: Matriz de análisis técnico 
 
 41 
 
Tabla 3.4: Matriz de análisis económico 
 
 
 
Figura 3.5. Gráfico de evaluación 
 
 
 
 
 42 
 
 
 
 
 
 
 
4 CAPÍTULO IV ANÁLISIS Y DISEÑO D E SOLUCIÓN 
ANÁLISIS Y DISEÑO DE SOLUCIÓN 
4.1 Estado de Arte 
EZ RENDA XP-1200 
Es Una máquina de enyesado de cemento para pared interna fabricado por la 
compañía Ez Renda ubicada en Guangdong, China. Para el funcionamiento de la 
máquina se tiene que adecuar las dos columnas de soporte hasta la altura del techo, 
luego se posiciona delante de la pared a enyesar o tarrajear y dos trabajadores van 
colocando el material a utilizar como el cemento, yeso, cal, mezcla lisa, perlita o 
mortero de arcilla. La máquina revoca y enyesa al mismo tiempo la pared sobre la 
cual se está trabajando al realizar el movimiento rectilíneo de arriba a abajo por 
medio de las columnas de soporte. El costo puede ser muy elevador entre 2000 a 
10000 dólares así que solo es usado para enyesar grandes superficies, además solo 
puede ser usado en interiores. 
 
Figura 4.1 Máquina tarrajedora, de patente china. Tomada del catálogo de la página del 
proveedor. Por Ángel Wong, proveedor de maquinaria Ez Renda en Latinoamérica,2019 
 43 
 
Tabla 4.1: Tabla de dimensiones y especificaciones básicas de la Ez Renda XP-1200 
 
Tomado del Catálogo de Ez Renda XP-1200 
Hongang Hg211 
Es una máquina revocadora portátil para proyectar cemento, mortero o 
revestimiento de masilla para paredes en interiores y exteriores fabricado por 
Gingkedeou ubicada en Shanghai, China. El funcionamiento de la máquina se 
realiza por medio de una válvula que acciona el compresor de aire ubicado en el 
mango y dispara o pulveriza la mezcla a la pared a tarrajear través de los agujeros 
ubicados en la tolva. Al ser de dimensiones modestas tiene poco peso y fácilmente 
puede ser usado por un trabajador de construcción. 
 
Figura 4.2 Máquina revocadora Hongang Hg211. Tomada del catálogo de la página del proveedor 
Hongang 
Tabla 4.2: Tabla de dimensiones y especificaciones básicas de la Revocadora Hongang Hg211 
 
Tomado del Catálogo de Especificaciones Hongang HG211 
Dimensión (LxWxH) 1350x700x500 mm
Peso 110Kg
Velocidad de enyesado 80 - 100m2/hora
Longitud de enyesado 1200mm
Intensidad de trabajo 2 trabajadores
Potencia 0.75KW
Dimensión (LxWxH) 78x24x23 mm
Peso 2.05Kg
Tipo de material acero inoxidable
Potencia 4KW
 44 
 
Truper PITI - 687 
Es una pistola de tolva para texturizado fabricado por Truper ubicada en Jilotepec, 
México. El funcionamiento de la pistola es colocar el texturizado en la tolva y por 
medio de un compresor de aire sale disparado el material por la boquilla de la 
pistola, el único tipo de texturizado que puede realizar la pístola es el escarchado o 
salpicado que tiene la forma de montículos de material esparcidos en toda la pared. 
Esta pistola tambien puede funcionar como pistola de pintar debido a la regulación 
de diametro de la boquilla. 
 
Figura 4.3 Izquierda: Pistola Tipo Tolva Truper para texturizados escarchados. Derecha: Aplicación de 
escarchado con la pistola Truper PITI 687 
Tabla 4.3: Tabla de dimensiones y especificaciones básicas de la Pistola Truper PITI 687 
Presión de aire 40 - 90 PSI 
Peso 1.6Kg 
Diámetros de la 
boquilla 
para el 
texturizado 
Fina: 5mm 
Media: 6mm 
Gruesa: 8mm 
 
Tomado del Catálogo de Especificaciones Truper PITI 687 
 
 45 
 
4.2 Identificación de la estructura optima 
4.2.1 Lista de deseos y exigencias 
Esta lista brinda los deseos o exigencias que la maquina debe satisfacer, fuente 
a un breve listado a los requerimientos básicos en una maquina ligera de 
construcción, como también a base del aporte de algunas personas afines a la 
construcción. 
Tabla 4.4: Tabla de Lista de Exigencias y Deseos 
LISTA DE EXIGENCIAS 
 
PROYECTO: Diseño de una máquina 
ligera para acabados texturizados en 
superficies planas de cemento 
 
 
 UNIVERSIDAD CONTINENTAL FECHA: 
REVISADO: 
Elaborado por: 
-Ojeda Poma Alan Saul 
- Antialon Barrera, Manfrin Pool 
FECHA (cambios) DESEO O 
EXIGENCIA 
DESCRIPCION RESPONSABLE 
31/08/20 E FUNCION PRINCIPAL: 
Realización del acabado de 
paredes (texturizado) con 
concreto a través de una 
maquina ligera. 
 
ANTIALON 
BARRERA 
MANDRIN POOL 
10/09/20 E MATERIA PRIMA: 
La materia prima estándar para 
la realización del empastado de 
las paredes será el concreto, 
premezclado entre cemento, 
arena y agua. 
OJEDA POMA 
ALAN SAUL 
21/09/20 D FUERZA: 
La fuerza de impacto debe ser la 
necesaria para lograr un 
texturizado sin errores, además 
de poder calibrar dicha fuerza 
con el PWM. 
OJEDA POMA 
ALAN SAUL 
10/09/20 E SEGURIDAD: 
La máquina deberá contar con 
carcasa aisladora de peligro y de 
componentes eléctricos. 
ANTIALON 
BARRERA 
MANDRIN POOL 
15/09/20 D COSTOS: 
El costo total del prototipo no 
deberá superar los 300 soles en 
un caso hipotético, es necesario 
hacerlo lo más económico 
posible. 
OJEDA POMA 
ALAN SAUL 
 46 
 
16/09/20 E SEÑALES: 
La máquina deberá contar con 
una pantalla LCD que indique el 
porcentaje de velocidad en 
tiempo real. 
ANTIALON 
BARRERA 
MANDRIN POOL 
30/09/20 D FABRICACION: 
La máquina debe ser diseñada 
para que la fabricación pueda 
ser realizada en cualquier taller 
con equipamientos normales, 
además de que las partes de la 
máquina que estén en contacto 
con el concreto tengan que ser 
de material inoxidable para su 
optima ejecución y evitar 
futuros problemas. 
OJEDA POMA 
ALAN SAUL 
05/10/20 E ENERGÍA: 
El suministro de energía es esta 
limitado a el uso de fuentes de 
energía comunes, como 
corriente monofásica 220V o 
baterías. 
ANTIALON 
BARRERA 
MANDRIN POOL 
15/10/20 D DIMENSIONES Y PESO: 
La longitud máxima de la 
maquina no deberá superar los 
30 cm de ancho, 40 cm de largo 
y 40 cm de altura. El peso debe 
ser no mayor a 4 kg. 
ANTIALON 
BARRERA 
MANDRIN POOL 
17/09/20 D MANTENIMIENTO: 
La máquina debe ser diseñada 
para hacerle futuros cambios 
tanto de piezas como de 
accesorios, de fácil desarme y 
rearme. 
OJEDA POMA 
ALAN SAUL 
18/09/20 E CONTROL: 
La máquina debe ser realizada 
con un controlador capaz de 
trabajar con pantalla lcd como 
también con entradas 
analógicas simultáneamente. 
OJEDA POMA 
ALAN SAUL 
14/09/20 E AUTOMATIZACIÓN: 
La máquina deberá tener un 
sistema de regulación